3D 打印出来的线条最细只好 113 纳米，比最小的病毒还要小？这是近期一篇 Nature 论文所展示的 3D 打印精度。

许多东说念主皆见过 3D 打印，一个喷头徐徐移动，少量少量堆出局势，打印一个浅显的小玩意需要恭候几小时。若是思打印淡雅到纳米级别的东西，比如打印比头发丝还细上千倍的结构速率就更慢了，可能以举座只可作念出一小块。

上述论文由好意思国劳伦斯利弗莫尔国度现实室 Xiaoxing Xia 团队和斯坦福大学的 Jonathan Fan 课题组协作完成，他们让这个速率从慢吞吞变得不错告成腾飞，他们将超透镜排成阵列，一次性生成 12 万多个聚焦光斑同期进行打印。这套系统叫作念超透镜阵列双光子光刻，名字听着复杂，但其旨趣不错这样理解，昔日是一个雕琢刀徐徐刻，当今是 12 万把雕琢刀沿途开工。

图 | 论文第一作家（开始：谷松韵）

打印速率达到每秒 1.2 亿个体素，体素即是 3D 中的像素点，是 3D 打印的最小单元，这个速率比传统双光子光刻快了几个数目级。

谷松韵告诉 DeepTech：“咱们真实初次已毕了几个厘米圭表的三维纳米加工，表面上不错用来打印多样种种的纳米系统和功能性的复杂结构。”

比如，不错利用在芯片制造里，加工大面积的神经探针，作念集成光子学的器件，已毕复杂的量子计较，以致用在高能激光物理界限。

通过使用这套系统他们只花了不到两个小时，就打印出来了劳伦斯利弗莫尔国度现实室和斯坦福大学的记号，每个记号有 3 厘米长，线条细节在纳米级别。若是使用传统步骤，雷同的任务需要一个月以上，况且因为要反复拼接，很容易出现错位和污点。

这套系统的中枢是超透镜阵列，超透镜是一种平面镜头，名义刻满了比波长还小的纳米结构，不错精准适度光的相位。和传统镜头比拟，超透镜的上风很赫然：不错作念得很大，不错排成阵列，不错浸在树脂里使命，况且大概承受高功率激光。

商议团队使用了两组超透镜阵列。一组是 50 乘 50 的阵列，每个透镜 200 微米大小，数值孔径 1.0，稳健高精度打印。另一组是 370 乘 350 的阵列，每个透镜 100 微米大小，数值孔径 0.8，整个有 12 万多个透镜，隐敝面积 12 平方厘米，稳健高速量产。

激光经由空间光调制器整形之后，投射到超透镜阵列上，每个透镜皆会产生一个聚焦光斑。空间光调制器就像一个动态的模板，不错适度每个光斑的高度，以致不错单独开关。经由校准之后，这 12 万多个光斑的强度不错作念到高度一致，打印出来的线条宽度偏差只好 16.5 纳米。

通过使用这套系统他们展示了一系列利用。

领先是打印了无独有偶个袖珍 3D 划子，亚博体育每个只好几十微米大小，结构格外淡雅，有悬空、有穿孔、有锐角，况且个个皆一样。这种复制才调关于批量分娩微纳器件很迫切。使用阿谁 12 万透镜的大阵列，一天不错打印出 5，000 万个这样的微颗粒。

其次是打印了梯度密度的泡沫材料。这种材料在激光驱动质子加快、梯度超材料、光子晶体等界限有通俗利用。传统步骤很难作念出这种结构，因为密度需要精准适度，况且变化是渐进的。

此外，他们打印出了不错使用的功能器件。

一个是太赫兹超材料，太赫兹波段介于微波和红外之间，有许多潜在利用，比如安检、通讯和生物传感，然则自然材料很难调控太赫兹波。他们打印了许多螺旋结构，每个螺旋直径 120 微米，镀金之后镶嵌柔性材料之中。这个器件不错选拔性地通过左旋或者右旋的圆偏振太赫兹磁波，还不错把字母 S 编码进去，用太赫兹成像系统读出来。

同期，他们还打印了力学超材料，即打印了三种不同结构的晶格，作念成 10 毫米长、5 毫米宽的试件，每种包含 24 万个晶胞。然后在中间刻了一个缺口，通过拉拽测试检察裂纹会奈何延迟。要知说念，使用传统步骤作念这种现实根底不行能，因为要打印这样大尺寸的样品，时期太长，况且拼接舛误会影响服从。

服从很有兴趣，八隅体晶格最硬，然则拉到 320 微米就会发生脆断。开尔文晶格稍许软少量，不错拉到 362 微米，裂纹延迟稍慢一些。最尽头的是链甲晶格，其由潦倒堆叠的截角四面体笼子构成，相邻单元像锁子甲一样彼此扣住但却莫得刚性邻接。

这种结构拉到 1，914 微米才断裂，韧性远超另外两种。当裂纹延迟的时候，应力不是勾通在顶端，而是散播到一大片区域，单元之间不停治疗位置，让裂纹双方瓜代前进。

这个案例讲解，有了高速、高精度的 3D 打印，东说念主们不错探索昔日作念不了的现实，从而发现新的材料花式。这套步骤还不错加以进一步延迟，使用更大的超透镜阵列、更先进的空间光调制器、更高功率的激光器，速率不错推到每秒 100 亿体素以上。固然，数据量也会爆炸式增长，到时也需要更好的算法来压缩和处置。

对此，谷松韵示意：“关于这样一个多圭表的复杂加工系统，很难再依靠东说念主力已毕大界限罪状的窜改。举个例子，咱们的打印尺寸是分别率的几十万倍，从而莫得监控系统能同期看清系数加工界限和淡雅结构，那咱们要奈何估量系统是否正常入手？因此，咱们也正在探索奈何把 AI 引入到 3D 纳米加工内部来。”

参考云尔：

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运营/排版：何晨龙

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